Вода

Вода – одне з найпоширеніших сполук на Землі. Вона є не тільки в річках і морях; у всіх живих організмах теж присутня вода. Без неї неможливе життя. Вода – хороший розчинник (в ній легко розчиняються різні речовини). Кров тварин і сік рослин складаються переважно з води. Вода існує вічно; вона постійно переходить з грунту в атмосферу і організми і назад. Більше 70% земної поверхні вкрито водою.

Що таке вода

Вода – це хімічна сполука. Молекула води складається з двох атомів водню і пов’язаного з ними атома кисню. Чистий, яка не містить домішок вода закипає при 100 ° С і замерзає при 0 ° СХіміческая формула води – Н2О, оксид водню. При згорянні водню в повітрі утворюється вода. Чистий, тобто що не містить домішок вода закипає при 100 ° С і замерзає при 0 ° С. Наявність розчинених у ній домішок впливає на температуру кипіння і замерзання. Вимірювання температури кипіння – один із способів визначити, чи є у воді домішки. При кипінні води утворюється газ – водяна пара. Крісталлізуясь, вода утворює лід. На відміну від інших речовин при замерзанні вода розширюється, так що вода щільніше льоду. Тому лід плаває на поверхні води. Лід не тоне, тому що він менш щільний, ніж вода. Завдяки цьому риби та інші тварини можуть жити в арктичних водах під льодом. Живучи в полярних областях тварини (наприклад, тюлені) пірнають під плаваючу в океані крижину і у воді здобувають собі їжу – риб та інших морських тварин (див. статтю “Життя в океанах”).

Кругообіг води

Вода річок, морів, озер постійно випаровується, перетворюючись на дрібні краплі водяної пари. Краплі збираються разом, утворюючи хмари, з яких вода проливається на землю у вигляді дощу. У цьому полягає кругообіг води в природі. У хмарах пара охолоджується і повертається на землю у вигляді дощу, снігу або граду. Стічні води з каналізації і з заводів очищаються і потім скидаються в море.

Водонапірна станція

Річкова вода обов’язково містить домішки, тому її необхідно очищати. Вода надходить у водосховища, де відстоюється і тверді частинки осідають на дно. Потім вода проходить через фільтри, що затримують залишилися тверді частинки. Вода просочується через шари чистого гравію, піску або активованого вугілля, де вона очищається від бруду і твердих домішок. Після фільтрації воду обробляють хлором, щоб убити хвороботворні бактерії, після чого закачують її в резервуари і подають в житлові будинки і на заводи. Перш ніж стічна вода піде у море, її потрібно очистити. На водоочисної станції її пропускають через фільтри, що затримують бруд, потім перекачують у відстійники, де тверді частинки повинні осісти на дно. Бактерії знищують рештки органічних речовин, розкладаючи їх на нешкідливі компоненти.

Очищення води

Вода – хороший розчинник, тому вона зазвичай містить домішки. Очистити воду можна за допомогою дистиляції (див. статтю «З’єднання і суміші»), але більш ефективний метод очищення – деионизация (знесолення). Іони – це атоми або молекули, що втратили або придбали електрони і в силу цього отримали позитивний або негативний заряд. Для деионизации береться речовина, зване іонітом. У ньому є позитивно заражені іони водню (Н +) і негативно заряджені іони гідроксиду (ОН-) Коли забруднена вода проходить через ионит, іони домішок замінюються іонами водню і гідроксиду з ионита. Іони водню і гідроксиду з’єднуються, утворюючи нові молекули води. Вода, що пройшла через ионит, вже не містить домішок.

Вода як розчинник

Вода – чудовий розчинник, дуже багато речовини легко розчиняються в ній (див. так само статтю “Хімічні реакції”). Саме тому в природі рідко зустрічається чиста вода. У молекулі води електричні заряди злегка розділені, тому що атоми водню розташовуються з одного боку молекули. Через це іонні сполуки (сполуки, що складаються з іонів) так легко розчиняються в ній. Іони заряджені, і молекули води притягують їх.

Вода, як і всі розчинники, може розчинити тільки обмежена кількість речовини. Розчин називається насиченим, коли розчинник не може розчинити додаткову порцію речовини. Зазвичай кількість речовини, яка здатна розчинити розчинник, зростає при нагріванні. У гарячій коді цукор розчиняється легше, ніж в холодній. Шипучі напої – це водні розпори вуглекислого газу. Чим вище тиск, тим більша кількість газу здатний поглинути розчин. Тому коли ми відкриваємо банку з напоєм і тим самим, зменшуємо тиск, з напою виривається вуглекислий газ. При нагріванні розчинність газів зменшується. В 1 літрі річковий і морський води зазвичай розчинено близько 0,04 грама кисню. Цього вистачить водоростям, рибам і іншим мешканцям морів і річок.

Жорстка вода

У жорсткій воді розчинені мінерали, що потрапили туди з гірських порід, по яких текла вода. Тип мінералів, розчинених у воді, залежить від типу гірських порід, по яких тече вода такій воді мило погано милиться, бо воно вступає в реакції з мінералами і утворює пластівці. Існує жорстка вода двох видів; різниця між ними в типі розчинених мінералів. Тип мінералів, розчинених у воді, залежить від типу гірських порід, по яких тече вода (див. рис.). Тимчасова жорсткість води виникає при реакції вапняку з дощовою водою. Вапняк – це нерозчинний карбонат кальцію, а дощова вода – слабкий розчин вугільної кислоти. Кислота вступає в реакцію з карбонатом кальцію і утворює гідрокарбонат, який розчиняється у воді і додасть їй жорсткість.
При кипінні або випаровуванні води з тимчасовою жорсткістю частина мінералів випадає в осад, утворюючи накип на дні чайника або сталактити і сталагміти в печері. Вода з постійною жорсткістю містить інші кальцієві і магнієві сполуки, наприклад гіпс. Ці мінерали при кип’ятінні не випадають в осад.

Пом’якшення води

Видалити мінерали, що роблять воду жорсткою, можна шляхом додавання в розчин пральної соди або шляхом іонного обміну – процесу, аналогічного деионизации води при очищенні. Речовина, що містить іони натрію, які обмінюються з знаходяться у воді іонами кальцію і магнію. У іонообміннику жорстка вода проходить через цеоліт – речовина, що містять натрій. У цеоліті іони кальцію і магнію замішаний на іони натрію, які не надають воді жорсткості. Пральна сода – це карбонат натрію. У жорсткій воді вона вступає в реакцію з сполуками кальцію і магнію. У результаті виходять нерозчинні сполуки, що не утворюють пластівців.

Забруднення води

Коли неочищена вода з заводів і з будинків потрапляє в моря і річки, відбувається забруднення води. Якщо у воді занадто багато відходів, бактерії, що розкладають органічні речовини, розмножуються і поглинають майже весь кисень. У такій воді виживають тільки хвороботворні бактерії, здатні жити у воді без кисню. Коли рівень розчиненого а воді кисню знижується, риби і рослини вмирають. У воду також потрапляє сміття, пестициди та нітрати з добриві, отруйні метали – свинець, ртуть. Отруйні речовини, в тому числі метали, потрапляють в організм риб, а від них – в організми інших тварин і навіть людини. Пестициди вбивають мікроорганізми і тварин, порушуючи тим самим природний баланс. Добрива з полів і миючі засоби, що містять фосфати, потрапляючи у воду, викликають посилений ріст рослин. Рослини і бактерії, що харчуються мертвими рослинами, поглинають кисень, знижуючи його вміст у воді.

Коротка характеристика ролі води для організмів

Вода – найважливіша неорганічне з’єднання, без якого неможливе життя на планеті Земля. Ця речовина є і найважливішою частиною живої речовини, і грає велику роль як зовнішній фактор для всіх живих істот.

На планеті Земля вода зустрічається в трьох агрегатних станах: газоподібному (пари в атмосфері), рідкому (вода в гідросфері і туманообразнимі в атмосфері) і твердому (вода в льодовиках, айсбергах і т.д.). Формула парообразной води – Н2О, рідкої (Н2О) 2 (при Т = 277 К) і (Н2O) n – для твердої води (кристали льоду), де n = 3, 4,… (Залежить від температури – чим нижче температура, тим більше величина n). Молекули води об’єднуються в частинки з формулою (Н2O) n в результаті утворення особливих хімічних зв’язків, званих водневими; такі частинки називаються асоцоатами; за рахунок утворення асоціатів виникають більш пухкі структури, ніж рідка вода, тому при температурі нижче 277 К щільність води, на відміну від інших речовин, не збільшується, а зменшується, в результаті лід плаває на поверхні рідкої води і глибокі водойми не промерзають до дна, тим більше що вода має малу теплопровідність. Це має велике значення для організмів, що живуть у воді, – вони не гинуть при сильних морозах і виживають під час зимових холодів до настання більш сприятливих температурних умов.

Наявність водневих зв’язків обумовлює високу теплоємність води, що робить можливим життя на поверхні Землі, так як наявність води сприяє зменшенню перепаду температур вдень і вночі, а також взимку і влітку, адже при охолодженні вода конденсується і тепло виділяється, а при нагріванні вода випаровується, на розрив водневих зв’язків витрачається енергія і поверхня Землі не перегрівається.
Молекули води утворюють водневі зв’язки не тільки між собою, але і з молекулами інших речовин (вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот), що є однією з причин виникнення комплексу хімічних сполук, в результаті утворення якого і можливе існування особливої речовини – живого речовини, що утворює різні живі організми.

Екологічна роль води величезна і має два аспекти: вона є як зовнішнім (перший аспект), так і внутрішнім (другий аспект) екологічним фактором. Як зовнішній екологічний фактор вода входить до складу абіотичних факторів (вологість, середовище проживання, складова частина клімату та мікроклімату). Як внутрішній фактор вода відіграє велику роль всередині клітини і всередині організму. Розглянемо роль води всередині клітини.
У клітці вода виконує наступні функції:
1) Середа, в якій розташовуються всі органели клітини;

2) розчинник як для неорганічних, так і для органічних речовин;

3) середу для протікання різних біохімічних процесів;

4) каталізатор для реакцій обміну між неорганічними речовинами;

5) реагент для процесів гідролізу, гідратації, фотолізу і т.д.;

6) створює певний стан клітини, наприклад тургор, що робить клітину пружною і механічно міцною;

7) виконує будівельну функцію, яка полягає в тому, що вода входить до складу різних клітинних структур, наприклад мембран, і т. д.;

8) є одним з факторів, які об’єднують всі клітинні структури в єдине ціле;

9) створює електричну провідність середовища, переводячи неорганічні і органічні сполуки в розчинений стан, викликаючи електролітичну дисоціацію іонних і сильно полярних сполук.

В організмі роль води полягає в тому, що вона:

1) виконує транспортну функцію, так як переводить речовини в розчинний стан, а отримані розчини за рахунок різних сил (наприклад, осмотичного тиску тощо) переміщуються від одного органу до іншого;

2) здійснює провідну функцію за рахунок того, що в організмі містяться розчини електролітів, здатні проводити електрохімічні імпульси;

3) пов’язує воєдино окремі органи і системи органів за рахунок наявності у воді особливих речовин (гормонів), здійснюючи при цьому гуморальну регуляцію;

4) є одним з речовин, які регулюють температуру тіла організму (вода у вигляді поту виділяється на поверхню тіла, випаровується, за рахунок чого теплота поглинається і організм охолоджується);
5) входить до складу харчових продуктів і т. д.

Значення води поза організмом охарактеризовано вище (середовище для проживання, регулятор температури зовнішнього середовища і т. д.).

Для організмів велику роль відіграє прісна вода (вміст солей менш 0,3%). У природі хімічно чистої води практично не існує, найбільш чистою є дощова вода сільській місцевості, віддаленій від великих населених пунктів. Для організмів придатна вода, що міститься в прісних водоймах – річках, ставках, прісних озерах.

ПОДІЛИТИСЯ: